随着社会发展对能源需求的不断增大,核能开发利用得到持续进展。然而,历史上核电站的几次重大事故,使得核电站的安全运行问题得到高度关注,并促进核电技术沿着更安全、更可靠、更具可持续性的方向不断发展。热导率作为描述物质热输运性质的物理量是反映材料导热性能的重要参数,核电站反应堆中燃料包壳材料的导热性能对其内部核燃料进行核反应的能量传递效率以及反应堆的整体安全性具有极大影响。包壳材料长期处于高温强辐照环境的极端工况,辐照环境破坏材料的结构产生材料缺陷,对燃料包壳的热导率造成影响。因此有关包壳材料热输运性质的研究及缺陷结构对材料热导率影响规律的研究对于反应堆的安全问题具有非常重要的意义。本文分别采用第一性原理方法结合玻尔兹曼输运方程及分子动力学方法对传统广泛应用的金属Zr包壳材料的电子热导率和声子热导率进行模拟研究,并通过分子动力学方法对具有诸多优异性质且有广泛应用前景的第四代核电站堆型的主要备选包壳材料——SiC材料的热导率进行模拟研究,进一步对材料缺陷中最常见的点缺陷结构影响热导率的规律进行综合分析。由于SiC材料是半导体材料,在半导体领域也具有广泛应用,本文对半导体领域应用最为广泛的与SiC材料同结构的Si材料的热导率进行辅助性研究,以期对不同温度、不同点缺陷类型、各缺陷浓度对材料热导率的影响规律进行更为全面系统的分析研究,并从微观层面探讨热导率受不同因素影响的原因,深化从微观散射到宏观现象相关导热机理的认识。本文具体的研究内容和研究成果如下:（1）对压水堆冷却剂温度600 K下目前核反应堆中广泛应用的燃料包壳管金属锆α-Zr材料的体相电子热导率和声子热导率及不同浓度空位缺陷对电子、声子热导率的影响规律分别进行模拟研究。在已知弛豫时间的情况下,电子的热导率通过第一性原理及半经典玻尔兹曼输运方程理论计算得到。应用逆非平衡分子动力学方法模拟体系的声子热导率,并根据模拟体系热导率与体系尺寸间的尺度效应关系采用外推法得到体相α-Zr材料的声子热导率。模拟结果中,电子热导率和声子热导率之和的总热导率与实验结果相接近。由于实际反应堆运行过程中的辐照环境使得材料内部缺陷不断增加,应用上述两种模拟方法分别对不同空位浓度条件对材料电子热导率与声子热导率的影响进行对比分析研究。材料电子热导率与声子热导率均随空位浓度的增加而逐渐降低,相同空位浓度使得声子热导率的降低程度大于电子热导率。通过对热阻的分析得出,α-Zr材料中空位引起的电子、声子的相对热阻增量均与考虑的空位浓度呈线性关系。并进一步由此宏观量间的线性关系揭示出微观层面电子迁移率及声子、缺陷散射的平均自由程与空位浓度间的反比关系。从量化及微观角度综合比较分析空位缺陷对电子热导率及声子热导率的影响,更细致精确地描述Zr包壳材料热导率受空位缺陷的变化规律。（2）SiC材料作为重要的半导体材料和未来裂变反应堆和聚变反应堆的主要备选材料,其导热性能对于反应堆中的能量传递效率以及安全问题均为极其重要的考虑因素。应用逆非平衡分子动力学方法并通过尺度效应的外推法模拟计算β-SiC材料的声子热导率。由于本文为该方法对于β-SiC材料热导率模拟计算的初次应用,这里通过针对与β-SiC具有相似结构的工业半导体材料中最具广泛应用的Si材料热导率的辅助研究说明该方法模拟的可行性、准确性,并讨论该方法中各参数对热导率模拟结果的影响,拓展了目前对SiC材料热导率的模拟方法。（3）由于反应堆温度范围内辐照环境下SiC材料中主要产生大量原子尺度的点缺陷结构,考虑温度的量子修正及缺陷形成能,针对不同温度、不同点缺陷类型、不同点缺陷浓度影响β-SiC声子热导率的规律,应用逆非平衡方法分子动力学进行系统模拟分析研究。模拟结果表明,由于点缺陷存在时声子与缺陷间的散射作用,β-SiC材料的热导率随材料中点缺陷浓度的增加而减小,低缺陷浓度使得材料热导率有更大幅度降低。随缺陷浓度增加,热导率降低的幅度逐渐平缓。不同温度对材料热导率的影响随材料中点缺陷浓度的增加而减小。相对较高缺陷浓度存在时,温度对热导率不再具有显著影响。通过对热阻的分析得出,各点缺陷结构存在时,材料的热阻增量均与所考虑的各点缺陷类型的缺陷浓度呈线性关系。以线性关系的斜率作为衡量点缺陷对材料热阻（热导率）影响程度大小的影响因子,通过对影响因子的比较分析得到,材料中的SiC反位原子与SiTC间隙原子类型使得材料的热导率有最大幅度的降低,对材料的导热性能有极大的破坏作用,而CSi反位原子与CTSi间隙原子类型对材料的导热性能有相对较小的影响。本研究工作在前人研究的基础上通过揭示材料宏观上由点缺陷引起的相对热阻增量实质即为微观量声子间散射与声子、缺陷散射平均自由程的比值,深入量化分析各点缺陷类型、点缺陷浓度及不同温度对材料内声子散射的影响。更为清晰地深入获得不同空位浓度下金属Zr材料导热性能的变化规律。通过对不同点缺陷类型影响SiC材料热导率的模拟结果,综合比较不同点缺陷类型与SiC包壳材料内声子散射自由程的大小,从微观角度获得声子与缺陷散射对材料热导率的影响规律。在反应堆高温条件及辐照环境所产生的材料中高点缺陷浓度范围内,两种包壳材料的声子与电子的热阻增量、相对热阻增量均与点缺陷浓度呈线性关系。针对金属Zr包壳材料,通过比较其声子、电子相对热阻增量与空位缺陷浓度线性关系的斜率,发现空位缺陷结构对Zr声子热导率具有更大的影响。